KR20090053348A - 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법으로서, (a) 테트라에톡시실란(TEOS)을 이소프로판올(IPA)에 TEOS:IPA의 몰비가 1:3∼9가 되도록 용해시킨 후, 용액 중의 TEOS:H2O의 몰비가 1:4가 되도록 H2O를 첨가하고, 산성 촉매인 HCl 용액을 서서히 첨가하고 20℃∼25℃에서 가수분해 반응이 일어나도록 하는 단계; (b) NH4OH 용액을 TEOS:NH4OH의 몰비가 1:0.008이 되도록 서서히 첨가하여 축합·중합반응이 일어나도록 하여 실리카 졸을 생성시키는 단계; (c) 상기 실리카 졸을 상온에서 24시간 동안 방치함으로써 겔화(gelation) 및 이액현상 (synerisis)을 촉진시켜 습윤겔로 전이시키고, 이 습윤겔을 과량의 이소프로판올 (IPA)에 담가 상온에서 24시간 동안 세척 및 숙성한 후, n-헥산에 넣어 40∼60℃에서 24시간 동안 습윤겔내의 용매를 n-헥산으로 치환하는 단계; (d) 기공내의 용매가 n-헥산으로 치환된 습윤겔을 5∼7 부피%의 트리메틸클로로실란(TMCS)/n-헥산 용액에 넣어 40∼60℃에서 24시간 동안 표면개질을 행한 후, 상온에서 n-헥산으로 24시간 동안 세척하는 단계; (e) 이소프로판올(IPA)을 재분산 용매로 사용하여, 초음파 세척기에 의한 초음파처리 (sonication)에 의해 습윤겔을 재분산 졸로 전환시키는 단계; 및 (f) 기재 상에 단계 (e)에서 생성된 재분산 졸을 스핀 코팅(spin coating)한 후, 건조 및 열처리함으로써, 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막은 종래의 실리카 에어로겔 박막/후막에 비하여 기공률이 높을 뿐만 아니라, 저유전 및 저반사 특성이 매우 양호하여, 반도체에 사용되는 층간절연물질, 반사 방지 코팅막, 평판 디스플레이 패널, 센서 등에 폭넓게 활용될 수 있다.
졸-겔법, 나노-기공성, 실리카 에어로겔 박막, 테트라에톡시실란(TEOS), 이소프로판올(IPA), 물, HCl, 겔화(gelation), 이액현상(synerisis), 세척, 숙성, 표면개질, 실란 커플링제(silane coupling agent), 트리메틸클로로실란 (TMCS), 재분산, 스핀 코팅(spin coating), 건조, 열처리, 저유전, 저반사.

Description

나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법{A METHOD FOR PRODUCTION OF A NANO-POROUS SILICA AEROGEL THIN FILM}
본 발명은 저유전 및 저반사 박막 코팅에 적용되는 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법에 관한 것이다.
실리카 에어로겔은 낮은 유전률, 굴절률 및 열손실계수와 높은 비표면적 등의 특성으로 인하여 금속 층간 유전체, 반사 방지 코팅막, 평판 디스플레이 패널, 센서 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대되어 크게 주목받고 있다. 한편, 최근 반도체 분야에 있어서 소자 제조의 고집적화에 따른 다층화 구조가 요구되고 있으나, 배선물질층간 절연막의 유전상수의 한계가 집적화에 있어서 새로운 장애요인으로 대두되고 있으며, 이러한 층간 절연막의 높은 유전상수는 소자에 있어서 RC 시간 지연 (RC time delay) 및 전자이동(electromigration) 등의 문제점을 야기시키고 있어서 현재 소자 공정에서 사용되는 유전율 약 3.9인 열산화막 SiO2보다 훨씬 더 낮은 유전재료의 개발이 시급한 실정이다.
에어로겔(aerogel)은 지금까지 알려진 고체 중에서 가장 높은 기공률을 갖는 물질로서 유기물 또는 무기물을 출발물질로 하여 제조되며, 특히 실리카 에어로겔은 통상적으로 졸-겔(sol-gel)법을 통해 화학적으로 균일한 조성을 가진 콜로이드 상태의 실리카 졸이 겔로 전이하는 과정에서 수 나노미터 단위의 입자들에 의하여 3차원적인 망목 구조를 형성하면서 높은 기공률을 가진다. 에어로겔 합성은 TEOS 또는 TMOS 등의 금속 알콕사이드를 출발물질로 알코올/용매 하에서 가수분해와 축합반응을 거쳐 금속 산화물의 미립자를 콜로이드 상태로 용매에 분산시킨 졸을 먼저 제조하고 이를 겔 상태로 전이시킨 다음, 겔 골격의 구조변화 없이 용매를 건조시키는 공정이다.
한국 등록특허공보 제597653호에는 「유기 전계발광 장치용 실리카 박막의 제조 방법으로서, 실리케이트 화합물 1 mol에 대하여 물 1.2 내지 1.4 mol 및 산촉매 1*10-3 내지 1*10-5 mol을 혼합한 후 교반하여 가수분해시키는 가수분해 단계; 상기 가수분해 단계에서 수득된 가수분해 산물에 물 2.5 내지 2.9 mol을 추가하여 물의 몰비가 3.7 내지 4.3 mol이 되도록 하고, 중화제로서 염기 촉매를 상기 산촉매와 동일한 몰비로 가하여 겔화시키는 겔화 단계; 상기 겔화 단계에서 수득되는 겔을 유리 기판 상에 도포하는 도포 단계; 상기 도포 단계에서 겔이 도포된 유리 기판을 중합 챔버에 넣고 밀봉한 후, 질소를 주입하여 중합 챔버 내의 압력을 1.2 내지 1.8 기압으로 가압하고, 온도를 35 내지 45 ℃로 조절하여 겔을 중합시키는 중합 단계; 초임계 유체로서의 유기 용매와 상기 중합 단계를 거친 유리 기판을 고압 반응기에 넣고 밀봉한 후, 고압 반응기 내부 온도를 승온 속도 12 내지 30 ℃/시간 으로 270 내지 290 ℃로 가열하고, 고압 반응기 내부 압력을 압력 조절기를 이용하여 100 기압으로 유지하도록 조절하여 초임계 상태로 조절한 후, 이 상태를 25 내지 35분간 유지시키는 초임계화 단계; 상기 초임계화 단계에서의 초임계 상태 유지 시간 이후, 상기 고압 반응기 내부 압력을 상압까지 감압 속도 0.4 내지 0.6 기압/분으로 감압시키는 감압 단계; 및 상기 감압 단계 이후 상기 고압 반응기 내로 건조된 질소 가스를 통과시켜 상기 초임계 유체를 제거하고, 온도를 상온으로 냉각시키고 유리 기판을 인출하는 인출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법」이 기재되어 있다. 이와 같이 종래에는 에어로겔의 합성에 있어서 많은 에너지가 요구되며, 고압으로 인한 위험부담이 크고, 연속 공정이 불가능한 오토클레이브 (autoclave)를 이용하는 고온/고압 초임계건조법에 의해서만 합성이 가능했으므로 실용화에 어려움이 있었다. 초임계건조법은 용매의 치환 공정에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 초임계점을 낮추는 데에도 한계가 있기 때문에 상업적 응용에는 적합하지 아니하다.
한국 등록특허공보 제684708호에는 「스마트 글레이징(smart glazing)용 실리카 에어로졸 박막/후막의 제조 방법으로서, 폴리머 실리카 졸 및 수계 콜로이드성 실리카 졸을 제조하여 스핀 코팅에 적합하도록 점도를 조절하는 단계; 상기와 같이 점도가 조절된 졸에서 기재 표면에 스핀 코팅하는 단계; 상기 스핀 코팅된 기재를 침지-인상 코팅하기 위하여 점도를 조절하는 단계; 상기와 같이 점도가 조절된 졸에서 침지-인상 코팅하는 단계; 상기 코팅 단계에서 기재 표면에 코팅된 졸을 겔화하여 습윤겔 박막/후막을 형성하는 단계; 상기 습윤겔 박막/후막을 용매 치환 하는 단계; 및 상기 습윤겔을 상압건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법」이 기재되어 있다. 전술한 초임계건조법의 문제점을 극복하기 위하여 상온건조법이 등장하였는데, 이는 상압하에서 습윤겔의 수축을 억제시키며 그대로 건조하거나, 또는 습윤겔 표면에 존재하는 -OH기를 반응성이 없는 -CH3기로 개질시킨 후 건조시키는 방법이다. 그런데, 상온건조법의 경우에도 효과적인 용매를 선택하고 최적의 건조 조건을 도출해 내는데 어려움이 있으며, 공정 시간의 제어와 공정의 단순화를 이루는데 적지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 건조시 비가역적인 수축의 원인이 되는 -OH기를 습윤겔 상태에서 미반응성의 -CH3으로 표면을 개질함으로써 건조시 모세관력에 의한 수축으로 생성되는 Si-O-Si 결합을 억제시키고 , 표면개질된 습윤겔을 재분산시켜 코팅용 재분산 졸을 제조하여 기재(예컨대, 실리콘 기판) 상에 스핀 코팅 후 건조 및 열처리하여 높은 기공률을 갖는 실리카 에어로겔 박막을 제조함에 있어서, 테트라에톡시실란 (TEOS):이소프로판올(IPA):H2O의 몰비, 특히 이소프로판올(IPA)/테트라에톡시실란 (TEOS)의 몰비와 열처리 온도를 적절히 조절함으로써, 저유전 및 저반사 특성이 우수하여 층간절연물질(IMD)용 저유전 박막 코팅과 단층 저반사 박막 코팅에 적용되는 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법으로서, (a) 테트라에톡시실란(TEOS)을 이소프로판올(IPA)에 TEOS:IPA의 몰비가 1:3∼9가 되도록 용해시킨 후, 용액 중의 TEOS:H2O의 몰비가 1:4가 되도록 H2O를 첨가하고, 산성 촉매인 HCl 용액을 서서히 첨가하고 20℃∼25℃에서 교반하여 가수분해 반응이 일어나도록 하는 단계; (b) 축합 반응이 가장 잘 되는 pH 영역 7을 유지하도록 NH4OH 용액 을 TEOS:NH4OH의 몰비가 1:0.008이 되도록 서서히 첨가하여 축합·중합반응이 일어나도록 하여 실리카 졸을 생성시키는 단계; (c) 상기 실리카 졸을 상온에서 24시간 동안 방치함으로써 겔화 (gelation) 및 이액현상 (synerisis)을 촉진시켜 습윤겔로 전이시키고, 이 습윤겔을 과량의 이소프로판올 (IPA)에 담가 상온에서 24시간 동안 세척 및 숙성한 후, n-헥산에 넣어 40∼60℃에서 24시간 동안 습윤겔내의 용매를 n-헥산으로 치환하는 단계; (d) 기공내의 용매가 n-헥산으로 치환된 습윤겔을 5∼7 부피%의 트리메틸클로로실란 (TMCS)/n-헥산 용액에 넣어 40∼60℃에서 24시간 동안 표면개질을 행한 후, 상온에서 n-헥산으로 24시간 동안 세척하는 단계; (e) 이소프로판올(IPA)을 재분산 용매로 사용하여, 초음파 세척기에 의한 초음파처리 (sonication)에 의해 습윤겔을 재분산 졸로 전환시키는 단계; 및 (f) 기재 상에 단계 (e)에서 생성된 재분산 졸을 스핀 코팅(spin coating)한 후, 건조 및 열처리함으로써, 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
실리카 졸은 먼저 낮은 pH 영역에서 가수분해 반응을 촉진시킨 후, 염기성 분위기 하에서 가수분해와 축합·중합 반응을 가속화시키는 2단계 공정을 통해 합성된다. 1단계(단계 (a))에서는 가수분해 초기에 물(H2O)과 테트라에톡시실란(TEOS)간의 분리를 방지하기 위해서 테트라에톡시실란(TEOS)을 이소프로판올(IPA)(2-프로판올)에 충분히 용해시키고, TEOS:H2O의 몰비가 1:4가 되도록 H2O를 첨가한 후, 염산을 촉매로 가수분해를 촉진시킨다. 2단계(단계 (b))에서는 축합 반응이 최대를 나타내는 pH 7 부근으로 유지하도록 NH4OH를 촉매로 첨가한다. 1단계(단계 (a))에서는 TEOS:IPA:H2O의 몰비가 1:3∼9:4인 것이 바람직하고, 2단계(단계 (b))에서는 TEOS:NH4OH의 몰비가 1:0.008인 것이 바람직하다. 전체적으로 안정한 실리카 졸을 제조함에 있어서 TEOS:IPA:H2O:HCl:NH4OH의 몰비는 1:3∼9:4:0.0002 :0.008인 것이 바람직하다. 한편, 층간절연물질(IMD)에 요구되는 5000Å 이하의 두께의 박막을 얻기 위해서는, 이소프로판올(IPA)/테트라에톡시실란(TEOS)의 몰비가 6∼9인 것이 바람직하다(도 2 참조).
이렇게 제조된 졸(sol)은 상온에서 약 24시간이 경과된 후에 습윤겔로 전이되고, 자발적인 수축 현상인 이액현상(synerisis)을 거친다. 그 후, 습윤겔의 내부에 존재하는 미반응물 및 물의 제거와 동시에 습윤겔의 골격을 강화할 목적으로 과량의 이소프로판올(IPA)에 담가 상온에서 24시간 동안 세척 및 숙성을 행한다. 이어서, 표면개질에 사용되는 실란 커플링제(silane coupling agent)인 트리메틸클로로실란(TMCS)와 반응하지 않으면서 TMCS의 용해도가 좋은 비극성 유기 용매인 n-헥산에 넣어, 40∼60℃에서 24시간 동안 습윤겔내의 용매를 n-헥산으로 치환한다.
기공내의 용매가 n-헥산으로 치환된 습윤겔을 5∼7 부피%(바람직하게는, 6 부피%)의 트리메틸클로로실란(TMCS)/n-헥산 용액에 넣어 40∼60℃(바람직하게는, 50℃)에서 24시간 동안 표면개질을 행한다. 표면개질의 진행 정도는 건조시 OH기들 사이의 추가적인 축합 반응을 방해하므로 보다 많은 개질이 가능한 실란 커플링제의 선정이 요구된다. 표면개질된 습윤겔을 다시 상온의 n-헥산 내에서 24시간 동안 유지 세척을 하여 습윤겔 기공 내의 용매를 n-헥산으로 최대한 균일하게 치환한다.
이소프로판올(IPA)을 재분산 용매로 사용하여, 초음파 세척기에 의한 초음파처리 (sonication)에 의해 습윤겔을 재분산 졸로 전환시킨다. 습윤겔 1g에 대하여 재분산 용매로서의 이소프로판올(IPA) 100∼120㎖를 사용하는 것이 바람직하고, 110㎖를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이와 같이 제조된 재분산 졸은 스핀 코팅 (spin coating)에 적합한 농도(예컨대, 0.11M) 및 점도(예컨대, 2.0∼2.2 cP)를 가지며, pH에 의해 영향을 받지 아니한다.
기재(예컨대, 실리콘 기판) 상에 상기 재분산 졸을 스핀 코팅한 후, 건조 및 열처리함으로써, 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막을 수득한다. 스핀 코팅은 예컨대 3000rpm 내지 7000rpm으로 수행하는 것이 바람직하고, 건조 온도는 70∼90℃(특히, 80℃)인 것이 바람직하며, 열처리 온도는 340∼500℃인 것이 바람직하다. 열처리는 1∼2 K/분의 승온 속도로 가열하면서 수행하는 것이 바람직하다. 실리카 에어로겔의 저유전 및 저반사 특성은 박막의 기공률에 영향을 받으며, 박막의 기공률은 열처리 조건에 의해 제어된다. 박막의 기공률은 박막의 굴절률을 측정한 후 하기 식에 대입하여 계산할 수 있다.
기공률 = {(1.458 - n)/0.458} (n은 굴절률임)
도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 340∼500℃로 열처리할 때 실리카 에어로겔 박막의 굴절률이 낮아지며, 따라서 기공률이 높아진다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막은 두께가 5000Å이하, 바람직하게는 1000∼1500Å이며, 기공률이 70 부피% 이상이다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막은 종래의 실리카 에어로겔 박막/후막에 비하여 기공률이 높을 뿐만 아니라, 저유전 및 저반사 특성이 매우 양호하여, 반도체에 사용되는 층간절연물질, 반사 방지 코팅막, 평판 디스플레이 패널, 센서 등에 폭넓게 활용될 수 있다.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범주가 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 도출되는 기술적 사상의 범위 내에서 하기 실시예의 다양한 변형, 수정 및 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예
테트라에톡시실란(TEOS)을 이소프로판올(IPA)에 TEOS:IPA의 몰비가 1:6이 되도록 용해시킨 후, 용액 중의 TEOS:H2O의 몰비가 1:4가 되도록 H2O를 첨가하고, 0.0002M의 HCl 용액을 산성 촉매로 서서히 첨가하고 25℃에서 교반하여 가수분해 반응이 일어나도록 하였다. 이어서, TEOS:H2O의 몰비를 1:4의 화학정량비로 맞추기 위하여 H2O를 첨가하고, TEOS:NH4OH의 몰비가 1:0.008이 될 때까지 NH4OH 용액을 서서히 첨가하여 축합·중합반응이 일어나도록 하여 실리카 졸을 생성시켰다. 이어서, 상기 실리카 졸을 상온에서 24시간 동안 방치함으로써 겔화(gelation) 및 이액현상 (synerisis)을 촉진시켜 습윤겔로 전이시키고, 이 습윤겔을 과량의 이소프로판올 (IPA)에 담가 상온에서 24시간 동안 세척 및 숙성한 후, n-헥산에 넣어 50℃에서 24시간 동안 습윤겔내의 용매를 n-헥산으로 치환하였다. 이어서, 기공내의 용매가 n-헥산으로 치환된 습윤겔을 6 부피%의 트리메틸클로로실란(TMCS)/n-헥산 용액에 넣어 50℃에서 24시간 동안 표면개질을 행한 후, 상온에서 n-헥산으로 24시간 동안 세척하였다. 이어서, 이소프로판올(IPA)을 재분산 용매로 사용하여, 초음파 세척기에 의한 초음파처리 (sonication)에 의해 습윤겔을 재분산 졸로 전환시켰다. 이 때, 습윤겔 1g에 대하여 재분산 용매로서의 이소프로판올(IPA) 110㎖를 사용하였다 . 이어서, 실리콘 기판 상에 재분산 졸을 7000rpm으로 스핀 코팅(spin coating)한 후, 약 80℃에서 건조하고 약 350℃에서 열처리함으로써, 기공률이 76 부피%이고, 두께가 약 1400Å인 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막을 수득하였다.
TEOS:IPA:H2O의 몰비를 1:(3,6,9):4로 변화시키면서 스핀 코터(spin coater)의 rpm을 3000으로 하고, 실리카 에어로겔 박막의 두께 변화를 시험한 결과, IPA /TEOS의 몰비가 증가할수록 박막의 두께가 감소하였다(도 2 참조). IPA/TEOS의 몰비가 3인 경우에는 5000Å 이하의 얇은 박막을 얻을 수 없었으나, IPA /TEOS의 몰비가 9인 경우에는 2300Å 정도의 얇은 박막을 얻을 수 있었다. 그러나, IPA /TEOS의 몰비가 12인 경우에는 낮은 밀도로 인하여 코팅이 제대로 되지 않았다. 한편, 스핀 코터의 rpm을 7000으로 하였을 때, IPA /TEOS의 몰비가 9인 경우에는 1300Å 정도의 얇은 박막을 얻을 수 있었다.
3000rpm의 스핀 코터에 의해 유리 기판 상에 상기 재분산 졸 0.1∼0.3㎖를 코팅한 후, 80℃ 내지 600℃의 범위에서 열처리한 결과, 350℃에서 열처리했을 때에 굴절률이 가장 낮았으며, 기공률이 76 부피% 이상이었다.
도 1은 본 발명에 따른 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조를 위한 공정도이다.
도 2는 스핀 코터(spin coater)의 rpm을 3000으로 하였을 경우의 이소프로판올/테트라에톡시실란(TEOS)의 몰비에 따른 실리카 에어로겔 박막의 두께의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 열처리 온도에 따른 실리카 에어로겔 박막의 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (8)

  1. 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법으로서,
    (a) 테트라에톡시실란(TEOS)을 이소프로판올(IPA)에 TEOS:IPA의 몰비가 1:3∼9가 되도록 용해시킨 후, 용액 중의 TEOS:H2O의 몰비가 1:4가 되도록 H2O를 첨가하고, 0.002M의 HCl 용액을 서서히 첨가하고 20℃∼25℃에서 교반하여 가수분해 반응이 일어나도록 하는 단계;
    (b) TEOS:NH4OH의 몰비가 1:0.008이 될 때까지 NH4OH 용액을 서서히 첨가하여 축합·중합반응이 일어나도록 하여 실리카 졸을 생성시키는 단계;
    (c) 상기 실리카 졸을 상온에서 24시간 동안 방치함으로써 겔화(gelation) 및 이액현상 (synerisis)을 촉진시켜 습윤겔로 전이시키고, 이 습윤겔을 과량의 이소프로판올 (IPA)에 담가 상온에서 24시간 동안 세척 및 숙성한 후, n-헥산에 넣어 40∼60℃에서 24시간 동안 습윤겔내의 용매를 n-헥산으로 치환하는 단계;
    (d) 기공내의 용매가 n-헥산으로 치환된 습윤겔을 5∼7 부피%의 트리메틸클로로실란(TMCS)/n-헥산 용액에 넣어 40∼60℃에서 24시간 동안 표면개질을 행한 후, 상온에서 n-헥산으로 24시간 동안 세척하는 단계;
    (e) 이소프로판올(IPA)을 재분산 용매로 사용하여, 초음파 세척기에 의한 초음파처리 (sonication)에 의해 습윤겔을 재분산 졸로 전환시키는 단계; 및
    (f) 기재 상에 단계 (e)에서 생성된 재분산 졸을 스핀 코팅(spin coating)한 후, 건조 및 열처리함으로써, 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    테트라에톡시실란(TEOS):이소프로판올(IPA):H2O:HCl:NH4OH의 몰비는 1:3∼9:4:0.0002:0.008인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    이소프로판올(IPA)/테트라에톡시실란(TEOS)의 몰비는 6∼9인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    습윤겔 1g에 대하여 재분산 용매로서의 이소프로판올(IPA) 100∼120㎖를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열처리 온도는 340∼500℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 두께는 5000Å 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 두께는 1000∼1500Å인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 기공률은 70 부피% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104592946A (zh) * 2013-11-04 2015-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种纳米胶囊复合相变储能材料制备方法
KR101526823B1 (ko) * 2014-12-03 2015-06-05 현대자동차주식회사 에어로겔을 이용한 스마트 윈도우
US10669428B2 (en) 2016-07-12 2020-06-02 Hyundai Motor Company Manufacturing method for porous thermal insulation coating layer, porous thermal insulation coating layer and internal combustion engine using the same
CN116462201A (zh) * 2023-04-17 2023-07-21 协鑫高科纳米新材料(徐州)有限公司 一种高密度石英砂的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101308063B1 (ko) 2010-12-08 2013-09-12 포항공과대학교 산학협력단 금속 산화물 나노 플레이트를 무극성 유기 용매-얼음 계면에서 형성시켜 제조하는 방법 및 그에 의해 제조된 금속 산화물 나노 플레이트
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030000480A (ko) * 2001-06-25 2003-01-06 주식회사 하이닉스반도체 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104592946A (zh) * 2013-11-04 2015-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种纳米胶囊复合相变储能材料制备方法
KR101526823B1 (ko) * 2014-12-03 2015-06-05 현대자동차주식회사 에어로겔을 이용한 스마트 윈도우
US10669428B2 (en) 2016-07-12 2020-06-02 Hyundai Motor Company Manufacturing method for porous thermal insulation coating layer, porous thermal insulation coating layer and internal combustion engine using the same
CN116462201A (zh) * 2023-04-17 2023-07-21 协鑫高科纳米新材料(徐州)有限公司 一种高密度石英砂的制备方法

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